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AR/VR和3D打印 探訪波音公司的可視化和沉浸式發展中心

供稿:工控網 2021/2/5 9:14:44
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隨著Covid-19持續爆發,旅游業尚未收到復蘇信號,全球各大航空公司深受負面影響,波音公司正在應用更多的先進技術,通過VR虛擬模擬幫助訓練飛行員,減少實際執飛的飛行培訓時間。同時應用AR-Augmented Reality (增強現實) 技術來幫助航空工程師;并使用3D打印技術快速迭代飛機零件。

 

VR-Virtue Reality(虛擬現實)可以讓使用者沉浸在可交互的世界中,同時消除我們在危險的現實世界中可能面臨的風險。如今,虛擬現實已經遠遠超越了單純的游戲范疇,已經被制造業、航空業、醫療應急服務等高風險行業所接受。

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圖 | 索尼的PS VR 已經被市場廣泛接受,占有率很高

近日,美國俄克拉荷馬州州長視察波音公司的高級可視化和沉浸式發展中心;這家位于美國俄克拉荷馬州的航天巨頭十分重視3D打印技術和AR/VR等尖端數字技術在航空業的應用。

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圖 | 飛機維護副總監NancyAnderson帶領俄州州長Kevin Stitt參觀

在技術快速發展的時代,波音公司已經開始運用最新數字技術。通過3D掃描和3D打印,波音研發團隊能夠直接制作飛機中的數百萬個零部件,迭代飛機組件;利用沉浸式體驗的AR模擬器,波音公司可以測量飛行升力和阻力并實現飛行序列的完全模擬,即使在飛行員未升空的情況下,飛行員也能熟悉飛機操作。

VR技術幫助訓練飛行員

 

飛行員的訓練一直是一項重大課題;以美國空軍為例,要想成為一名合格的飛行員至少要完成2000小時以上的飛行訓練,而每小時的綜合飛行成本就超過4萬美元,而在中國,如果想要成為一名合格的戰斗機飛行員,至少要在航校接受長達8年的訓練,然后只有完成超過上千小時的飛行任務的飛行員才有資格駕駛三代機,另外像殲-20這樣的重型隱形戰斗機,其對飛行員的要求會更高,相應訓練成本就會更大。所以有專家指出,中國戰斗機飛行員的訓練成本至少約為1億人民幣。

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波音公司的傳統飛機模擬艙

傳統上,飛行員對技能和信心要求很高,飛行經驗只能在空中獲得。AR和VR徹底改變了這一培訓過程。而使用VR技術,可以與傳統飛行模擬艙結合,將人的經驗與大數據分析融合一體。

可以肯定的是,各國空軍和各大航空公司都對飛行員實施了VR培訓,以減少培訓時間,增加知識保留率,提高安全標準——與此同時減少了潛在的飛行事故-損失高達數百萬美元的風險。

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圖 | 美國空軍使用VR訓練飛行員

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圖 | 員工展示VR模擬飛機內部環境和維護操作

利用沉浸式體驗的VR模擬器,波音公司可以測量飛行升力和阻力并實現飛行序列的完全模擬,即使在飛行員未升空的情況下,飛行員也能熟悉飛機操作。

使用VR/AR培訓飛機工程師

航空航天器制造過程的精密性,要求工程師必須經過高強度的培訓,甚至連一些老師傅也不得不隨時查閱資料。將AR技術結合入培訓行業,已經不是什么新鮮事。航空航天行業中,傳統的操作指南以文檔式的方式來靜態表示,常為2D圖形。而增強現實技術,在生產現場,建立增強現實的三維操作指南,把“虛”與“實”有效結合,把操作要求與立體畫面疊加到加工實體上,使操作人增強對虛擬信息的理解,并將虛擬信息現實化,給操作人直觀而真實的體驗,提升其認知力,更有效地發揮操作指南的作用。

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圖 | 波音公司開發的AR布線試驗系統

航空工程師在噴氣式發動機和渦輪機等復雜結構上的學習實踐不多。采購飛機的部件用于培訓是費時的,而且成本非常高。大多數學員只有在飛機送來維修時才有機會上手。而隨著飛機技術變得越來越可靠--實習工程師的機會變得越來越少。VR彌補了實習工程師和他們使用飛機進行物理訓練之間的鴻溝。

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圖 | 航空工程師接受TrentXWB航空發動機的虛擬現實培訓

在波音公司的高級可視化和沉浸式發展中心的反饋表明,VR技術是一種可行的學習工具,不僅可以提高航空維修的效率和熟練程度,還可以直接并以成本效益高的方式使飛行員和工程師更有信心、更有能力;從而使飛機更安全、更可靠。

3D打印快速迭代飛機部件

除VR/AR的大量使用外,波音公司還運用3D掃描和3D打印技術對飛機部件進行進一步研究和測試,并能夠短時間內做出相應的技術調整。通過3D掃描和3D打印,波音研發團隊能夠直接制作飛機中的數百萬個零部件,迭代飛機組件在迭代部件最終運用前,波音團隊能夠不斷對其進行測試和改進,而Raise3D Pro2打印機把這些數字設計打印成實體組件。

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Artec Space Spider掃描儀可以在幾分鐘內捕獲三維圖像,然后用Pro2系列打印機打印

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圖 | 波音公司高級可視化和沉浸式發展中心員工向俄克拉荷馬州州長Kevin Stitt介紹Pro2 系列打印機

航空航天行業之所以是3D打印技術的重要舞臺,原因有以下兩點:第一,航空航天設備往往具有“多品種、小批量”的特點,尤其在試制階段許多零部件都需要單件定制,若采取傳統工藝則周期長、成本高,3D打印則可以實現低成本快速成型。

 

第二,“減重”是航天器迭代的永恒主題,出于減重與強度要求,航空航天設備中復雜結構件或大型異構件的比例越來越高,若采用傳統的“鍛造+機加工”方式,則所需工序繁多、工藝復雜,甚至根本無法直接加工,而3D打印在復雜部件加工方面具有明顯優勢。

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圖 | 2017年中國商飛購買的功勛機型N2 Plus

不僅在美國,在國內,3D打印也已經進入民航領域,中國商飛也購買了N2 Plus 3D打印機,協助進行零件研發/迭代工作。3D打印和VR/AR技術不斷推動著航空航天業的發展;無論是波音、空客還是中國商飛,作為航空業巨頭,在如今疫情大環境下,他們都會不斷應用最新數字技術,以備戰未來市場復蘇后的競爭,推進航空制造業的發展。

審核編輯(李娜)
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